JP2004108198A - 直噴式内燃エンジン用燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直噴式内燃エンジンが手動始動式であっても、容易に、かつ、確実に始動させることができるようにされた直噴式内燃エンジン用燃料供給装置を提供する。
【解決手段】内燃エンジン（５０）の燃焼作動室（５３）に燃料を直接噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁（２０）と、燃料タンク（１２）内の燃料を燃料吸入通路（１５）を介して吸入するとともに燃料供給通路（３５）を介して前記燃料噴射弁（２０）に吐出供給せしめるべく前記内燃エンジン（５０）により駆動される高圧燃料ポンプ（３０）と、前記燃料噴射弁（２０）からの余剰燃料を前記燃料タンク（１２）に戻す燃料戻し通路（１７）に介装された燃圧レギュレータ（４０）と、を備えた直噴式内燃エンジン用燃料供給装置（１０）であって、前記燃圧レギュレータ（４０）より下流側の前記燃料戻し通路（１７）、もしくは、前記燃料吸入通路（１５）に、手動式燃料ポンプ（４５）を介装してなる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型作業機等の動力源として用いられる、比較的小型で、リコイルスタータ等の手動スタータで始動を行うようにされた直噴式の内燃エンジン、特に、直噴式２サイクル内燃エンジン用の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の直噴式２サイクル内燃エンジン用燃料供給装置として、前記内燃エンジンの燃焼作動室に燃料を直接噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁と、前記内燃エンジンにより駆動され、燃料タンク内の燃料を燃料吸入通路を介して吸入するとともに、燃料供給通路を介して前記燃料噴射弁に吐出供給する高圧燃料ポンプと、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の圧力を調整すべく、前記燃料供給通路における前記高圧燃料ポンプより下流側に介装された燃圧レギュレータと、を備えたものが知られている（特開平７−１３３７２４号公報、特開平１１−３５１０９３号公報、特許第２７９２５０６号公報等参照）。
【０００３】
上記従来の燃料供給装置では、前記高圧燃料ポンプからの燃料が、前記燃圧レギュレータで調圧されて前記燃料噴射弁に、供給されたり、前記燃料噴射弁に常時過剰の燃料を供給し、前記燃料噴射弁で噴射されなかった余剰燃料を、燃料タンクに戻して循環させるようにしたり、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の圧力を調整すべく、前記燃料噴射弁からの余剰燃料を前記燃料タンクに戻す燃料戻し通路に、燃圧レギュレータを介装したりしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記直噴式内燃エンジン、特に、比較的小型で、リコイルスタータ等の手動スタータで始動を行うようにされた手動始動式内燃エンジンでは、次のような問題が生じる。
すなわち、前記内燃エンジンを始動すべく、始動操作（リコイル操作）を行っても、前記燃料供給通路等に燃料が充填されておらず（空気が溜まっている）、また、始動操作期間が短いこともあって、燃料の圧力が充分には高まらないので、前記燃料噴射弁から必要量の燃料が噴射されず、前記内燃エンジンを始動させるのに難儀するという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記した如くの問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、直噴式内燃エンジンが手動始動式であっても、容易に、かつ、確実に始動させることができるようにされた直噴式内燃エンジン用燃料供給装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る直噴式内燃エンジン用燃料供給装置は、基本的には、内燃エンジンの燃焼作動室に燃料を直接噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁と、燃料タンク内の燃料を燃料吸入通路を介して吸入するとともに熱料供給通路を介して前記燃料噴射弁に吐出供給せしめるべく前記内燃エンジンにより駆動される高圧燃料ポンプと、前記燃料噴射弁からの余剰燃料を前記燃料タンクに戻す燃料戻し通路に介装された燃圧レギュレータと、を備え、前記燃圧レギュレータより下流側の前記燃料戻し通路、もしくは、前記燃料吸入通路に、手動式燃料ポンプを介装したことを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る直噴式内燃エンジン用燃料供給装置の好ましい具体的な態様は、前記手動式燃料ポンプは、前記内燃エンジンの始動前に、前記燃料タンクから前記燃圧レギュレータに至る通路部位に燃料を充填させるものであり、前記燃圧レギュレータは、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の圧力を調整するものであり、燃料の調圧を解除するための手動解除部材を備えていることを特徴としている。
本発明に係る直噴式内燃エンジン用燃料供給装置の他の好ましい具体的な態様は、前記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御するための制御装置を備え、該制御装置は、回転数センサにより検出されたエンジン回転数に基づいて、前記内燃エンジンが始動中であるとき、前記燃料噴射量を最大値もしくはその近傍値とする制御を行うようにされ、前記内燃エンジンは、携帯型作業機等の動力源として用いられることを特徴としている。
【０００８】
前記の如くの構成とされた、本発明に係る直噴式内燃エンジン用燃料供給装置の好ましい態様においては、前記内燃エンジンを始動させるにあたっては、始動操作（リコイル操作）を行う前に、前記燃圧レギュレータによる燃料の調圧を、それに備えられた手動解除部材で解除（燃圧を０に）しながら、前記手動式燃料ポンプを操作し、前記燃料タンクから燃料を前記燃料吸入通路を介して吸い出して、前記高圧燃料ポンプ、前記燃料供給通路、及び前記燃料噴射弁等の通路部位に導く。これにより、前記通路部位内の残留空気が追い出されて、代わりに燃料が充填される。
【０００９】
この状態で始動操作を行うと、前記内燃エンジンのクランク軸が回転し、前記高圧燃料ポンプが駆動され、該高圧燃料ポンプにより、前記燃料タンク内の燃料が前記燃料吸入通路を介して吸入されるとともに、前記燃料供給通路を介して前記燃料噴射弁に吐出供給される。この場合、前記燃料供給通路等の通路部位には空気が残っておらず、燃料が充填されているので、燃料の圧力が速やかに上昇せしめられ、充分な量の燃料が前記燃料噴射弁に供給される。
【００１０】
また、この始動時には、前記制御装置により、前記燃料噴射量（前記燃料噴射弁の開弁期間）を最大値もしくはその近傍値とする制御が行われるので、前記燃料噴射弁からは、必要充分な量の燃料が噴射される。
このように構成とされることにより、前記直噴式内燃エンジンが手動始動式であっても、容易に、かつ、確実に始動させることができる。
そして、前記内燃エンジンが始動した後は、前記高圧燃料ポンプから前記燃料噴射弁に常時過剰の燃料が供給されるとともに、前記燃料戻し通路に介装された燃圧レギュレータにより、前記燃料タンクに戻される燃料の量が調整され、これによって、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の圧力が適正値に維持され、前記燃料噴射弁の開弁期間に応じた量の燃料が、前記燃焼作動室に噴射される。
【００１１】
また、前記燃圧レギュレータから前記燃料タンクに戻された燃料は、前記高圧燃料ポンプにより、再び前記燃料噴射弁に吐出供給されて、循環せしめられる。このように燃料を循環させることにより、燃料噴射量が少ないために、前記燃焼作動室からの熱伝導により上昇しがちな、燃料の温度上昇を抑えられる等の利点が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料供給装置の一実施形態を示す概略構成図、図２は図１に示される燃料供給装置が適用された小形空冷直噴式２サイクル内燃エンジンの縦断面図である。
図２に示される内燃エンジン５０は、刈払機等の携帯型作業機に搭載されるもので、ピストン５４が上下方向に摺動自在に嵌挿されたシリンダ５２と、該シリンダ５２の下側に連結されて、内部にクランク室５６を形成するクランクケース５５と、を備え、前記シリンダ５２の外周には、多数の冷却フィン５８が形成されるとともに、前記シリンダ５２における前記ピストン５４上方の燃焼作動室５３の頂部（燃焼室５３ａ）に、燃料噴射弁２０（後述）と点火プラグ５９が装着されている。
【００１３】
前記クランク室５６の左右方向中央には、クランク軸６０が軸支され、該クランク軸６０のクランクピン７１には、連接ロッド７２を介して前記ピストン５４が枢支連結されるとともに、前記連接ロッド７２を挟むように、前記クランクピン７１の左右にクランクウエブ７４が固定されている。
【００１４】
前記シリンダ５２には、前記クランク軸６０の軸線に直交する方向に排気口６２が形成されるとともに、該排気口６２に対向する（１８０°ずれた位置）に、段下げ状態で吸気口６３が形成され、前記排気口６２及び前記吸気口６３と９０°ずれた左右両側位置に、シュニューレ掃気式をとる、一対の掃気通路６４、６４が形成されている。
【００１５】
前記クランク軸６０の右端側には、本実施形態の燃料供給装置１０の主要部を構成する高圧燃料ポンプ３０（後述）と、リコイルスタータ８０が設けられている。
一方、前記燃料供給装置１０は、図１に示される如くに、前記内燃エンジン５０の前記燃焼室５３ａに燃料を直接噴射する電磁駆動式の前記燃料噴射弁２０と、前記内燃エンジン５０の前記クランク軸６０により駆動され、燃料タンク１２内の燃料を、燃料吸入通路１５を介して吸入するとともに、燃料供給通路３５を介して前記燃料噴射弁２０に過剰に吐出供給する前記高圧燃料ポンプ３０と、前記燃料噴射弁２０から噴射される燃料の圧力を調整すべく、前記燃料噴射弁２０から余剰燃料を前記燃料タンク１２に戻す燃料戻し通路１７に介装された燃圧レギュレータ４０と、前記燃料噴射弁２０による燃料噴射量を制御するための制御装置１００と、を備え、前記内燃エンジン５０の始動前に、前記燃料タンク１２から前記燃圧レギュレータ４０に至る通路部位、つまり、前記燃料吸入通路１５、前記高圧燃料ポンプ３０、前記燃料供給通路３５、前記燃料噴射弁２０、前記燃料戻し通路１７の上流側部分、及び、前記燃圧レギュレータ４０に燃料を充填させるべく、前記燃料戻し通路１７における前記燃圧レギュレータ４０より下流側に、手動式燃料ポンプ４５が介装されている。
【００１６】
より詳しくは、前記燃料噴射弁２０は、円筒形のハウジング２１、ソレノイド２２、ステータ（吸引子）２３、先端部が半球状の弁体（プランジャ）２４、該弁体２４が摺動自在に挿入された通路部２６及び前記弁体２４により開閉される噴射口２７を有する弁座部材２５、前記ステータ２３と前記弁体２４との間に介装されて、前記弁体２４を常時前記噴射口２７を閉じる方向に付勢する圧縮コイルばね２８等からなっており、前記ソレノイド２２に、前記制御装置１００から、前記内燃エンジン５０の運転状態に応じたパルス幅（デューティ比）を持つパルス信号を、所定のタイミングをもって（例えば、吸入行程開始時に）供給して、前記ソレノイド２２を通電励磁し、前記パルス幅に応じた期間（通電励磁期間）Ｔだけ、前記弁体２４を前記コイルばね２８の付勢力に抗して引き上げて、前記噴射口２７を開かせることによって、燃料噴射量を調整するようになっている。
【００１７】
前記高圧燃料ポンプ３０は、プランジャポンプとされ、前記クランク軸６０によって、カム機構３５を介して駆動されるようになっている。該カム機構３５は、前記クランク軸６０に対して直交配置されたカム軸３６を有し、該カム軸３６は、それに外嵌固定されたウォームホイール６７と、前記クランク軸６０に外嵌固定されたウォーム６６と、からなる減速機構により、前記クランク軸６０の回転数の１／２０程度に減速されて、回転せしめられる。前記カム軸３６の左端面には、その回転軸線Ｏａからは偏心してピン３７（中心軸線Ｏｂ）が垂直に立設されており、該ピン３７には、ボールベアリング３８が外嵌されている。
【００１８】
前記高圧燃料ポンプ３０は、両側に、互いに逆位相で作動するチェック弁３１、３２が配されたポンプ室３３と、前記カム機構３５により往復動せしめられる、前記カム機構３５の従節部材に相当するプランジャ３４と、を有し、その流入口３０Ａには、前記燃料吸入通路１５の下流端が接続され、その吐出口３０Ｂには、前記燃料供給通路３５の上流端が接続されている。
【００１９】
前記燃料戻し通路１７の上流端は、前記燃料噴射弁２０の前記通路部２６に接続され、その下流端は、前記燃料タンク１２内に挿入されている。この燃料戻し通路１７に介装された前記燃圧レギュレータ４０は、調圧弁４１を備えるとともに、燃料の調圧を解除する（燃料の圧力を０、つまり、素通りさせる）ための手動解除部材として、前記調圧弁４１を押し上げて強制的に開かせるプッシュロッド４２を備えている。
【００２０】
そして、前記燃料戻し通路１７における前記燃圧レギュレータ４０より下流側に介装された前記手動式燃料ポンプ４５は、ゴム製の半球状ポンプ室４６と、互いに逆位相で作動するチェック弁４７、４８が配設された吸入口４５Ａ、吐出口４５Ｂと、を備え、前記半球状ポンプ室４６は、手指で押圧すると押し潰され、解放すると、それ自体の弾性後元力により、元の半球状に復元するようになっており、この押圧−解放を繰り返すことで、前記半球状ポンプ室４６の復元時に生じる吸引力（負圧）により、前記燃料タンク１２の燃料が、前記燃料タンク１２から吸い出されて、前記燃圧レギュレータ４０に至る通路部位（前記燃料吸入通路１５、前記高圧燃料ポンプ３０、前記燃料供給通路３５、前記燃料噴射弁２０、前記燃料戻し通路１７の上流側部分、前記燃圧レギュレータ４０）に充填されるとともに、前記燃料戻し通路１７における前記燃圧レギュレータ４０と前記手動式燃料ポンプ４５との間の部位及び前記手動式燃料ポンプ４５にも充填される。
【００２１】
また、前記制御装置１００には、前記内燃エンジン５０の回転数（クランク角）を検出する回転数センサ１１０からの検出信号や、前記内燃エンジン５０の吸気通路８３に配設されたスロットル弁８５の開度を検出するスロットル開度センサ１２０からの検出信号等が供給される。前記制御装置１００は、前記回転数センサ１１０により検出されたエンジン回転数や、前記スロットル開度センサ１２０により検出された前記スロットル弁８５の開度等に基づいて、前記燃料噴射弁２０による燃料噴射量（開弁期間）を制御するようにされる。
【００２２】
この場合、前記制御装置１００は、前記回転数センサ１１０により検出されたエンジン回転数に基づいて、前記リコイルスタータ８０によって前記内燃エンジン５０が始動中であるとき、前記燃料噴射量を、最大値もしくはその近傍値とする制御を行うようにされている。
より詳しくは、図３に、縦軸に前記燃料噴射弁２０の開弁期間Ｔ（ｍｓ）を、横軸にエンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）をとって、前記スロットル弁８５の開度が最小開度（アイドル回転開度）付近にあるときの開弁期間Ｔｍｉｎを実線で、また、前記スロットル弁８５の開度が最大開度（全開）付近にあるときの開弁期間Ｔｍａｘを一点鎖線で示したように、前記スロットル弁８５の開度が最小開度付近にあり、かつ、エンジン回転数が設定回転数Ｎａ（＜アイドル回転数）に達していないときは、始動中であると判断して、前記開弁期間を、前記スロットル弁８５が最大に開かれているときと同じ最大値Ｔｍａｘ（５．５ｍｓ程度）とする制御を自動的に行うようにされる。そして、エンジン回転数が前記設定アイドル回転数Ｎａに達すると、今度は、前記開弁期間を最小値Ｔｍｉｎとする制御を自動的に行うようにされる。また、図の４０００（ｒｐｍ）付近の回転数Ｎｂは、前記クランク軸６０に外嵌された、図示しない遠心クラッチのクラッチイン回転数とされ、この回転数Ｎｂを越えたときは、前記開弁期間Ｔが若干長くされるようになっている。
【００２３】
このような構成とされた本実施形態の燃料供給装置１０においては、前記内燃エンジン５０を始動させるにあたっては、始動操作（リコイル操作）を行う前に、前記燃圧レギュレータ４０による燃料の調圧を、それに備えられた手動解除部材としての前記プッシュロッド４２で解除しながら、前記手動式燃料ポンプ４５を手指で押圧−解放する操作を、繰り返して行う。これにより、前記半球状ポンプ室４６の復元時に生じる吸引力（負圧）により、前記燃料タンク１２の燃料が前記燃料タンク１２から吸い出されて、前記燃料タンク１２から前記燃圧レギュレータ４０に至る通路部位（前記燃料吸入通路１５、前記高圧燃料ポンプ３０、前記燃料供給通路３５、前記燃料噴射弁２０、前記燃料戻し通路１７の上流側部分、前記燃圧レギュレータ４０）に充填されるとともに、前記燃料戻し通路１７における前記燃圧レギュレータ４０と前記手動式燃料ポンプ４５との間の部位及び前記手動式燃料ポンプ４５にも充填される。
【００２４】
この状態で始動操作（リコイル操作）を行うと、前記内燃エンジン５０の前記クランク軸６０が回転し、前記高圧燃料ポンプ３０が駆動され、該高圧燃料ポンプ３０により、前記燃料タンク１２内の燃料が、前記燃料吸入通路１５を介して吸入されるとともに、前記燃料供給通路３５を介して前記燃料噴射弁２０に吐出供給される。この場合、前記燃料供給通路３５等の通路部位には空気が残っておらず、燃料が充填されているので、燃料の圧力が速やかに上昇せしめられ、充分な量の燃料が、前記燃料噴射弁２０に供給される。
【００２５】
また、この始動時には、前記制御装置１００により、前記燃料噴射弁２０の開弁期間を最大値とする制御が行われるので、前記燃料噴射弁２０からは必要充分な量の燃料が噴射される。
このようにされることにより、高温始動性も向上し、前記直噴式内燃エンジン５０が、手動始動式であっても、容易に、かつ、確実に始動させることができる。
【００２６】
そして、前記内燃エンジン５０が始動した後は、前記高圧燃料ポンプ３０から前記燃料噴射弁２０に常時過剰の燃料が供給されるとともに、前記燃料戻し通路１７に介装された前記燃圧レギュレータ４０により、前記燃料タンク１２に戻される燃料の量が調整され、これによって、前記燃料噴射弁２０から噴射される燃料の圧力が適正値に維持され、前記燃料噴射弁２０の開弁期間に応じた量の燃料が、前記燃焼作動室５３に噴射される。
【００２７】
また、前記燃圧レギュレータ４０から前記燃料タンク１２に戻された燃料は、前記高圧燃料ポンプ３０により、再び前記燃料噴射弁２０に吐出供給されて循環せしめられる。このように燃料を循環させることにより、燃料の温度上昇によるベーパーロックを抑えられる等の利点が得られる。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において、種々の変更ができるものである。
【００２８】
例えば、前記実施形態では、前記手動式燃料ポンプ４５を、前記燃料戻し通路１７における前記燃圧レギュレータ４０より下流側に介装し、前記手動式燃料ポンプ４５の復元時の吸引力を利用して、燃料を前記燃料供給通路３５等の通路部位（１５、３０、３５、２０、１７、４０）に充填するようにしているが、前記手動式燃料ポンプ４５の位置は、これに限られることはなく、図４に示される如くに、前記燃料吸入通路１５に介装して、前記手動式燃料ポンプ４５の押し出し力を利用し、前記燃料供給通路等の通路部位（１５、３０、３５、２０、１７、４０）に燃料を充填するようにしてもよく、その場合は、前記燃料タンク１２と一体的に形成することもできるので、部品としての取り回しが容易化される。ただし、前記実施形態のように、前記手動式燃料ポンプ４５を、前記燃料戻し通路１７に介装せしめれば、前記燃料タンク１２が、前記内燃エンジン５０より上方にあっても下方にあっても良好な結果が得られるが、前記手動式燃料ポンプ４５を、前記燃料吸入通路１５に介装すると、前記燃料タンク１２が前記内燃エンジン５０より下方にある場合、前記通路部位に空気が残りやすくなり、良好な結果が得られなくなるおそれがある。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る直噴式内燃エンジン用燃料供給装置置は、始動前に、手動式燃料ポンプで、燃料タンクから燃圧レギュレータに至る通路部位に燃料を確実に充填することができるので、直噴式内燃エンジンが手動始動式であっても、容易に、かつ、確実に始動させることができる。
また、燃料を循環させるようにしているので、燃料の温度上昇を抑えられる等の利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料供給装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１に示される燃料供給装置が適用された小形空冷直噴式２サイクル内燃エンジンの縦断面図。
【図３】図１に示される燃料供給装置に備えられた制御装置の制御内容の説明に供されるグラフ。
【図４】図１に示される燃料供給装置の変形例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０　直噴式内燃エンジン用燃料供給装置
１２　燃料タンク
１５　燃料吸入通路
１７　燃料戻し通路
２０　燃料噴射弁
３０　高圧燃料ポンプ
３５　燃料供給通路
４０　燃圧レギュレータ
４２　プッシュロッド（手動解除部材）
４５　手動式燃料ポンプ
５０　小形空冷直噴式内燃エンジン
５３　燃焼作動室
５５　圧縮コイルばね（ばね手段）
１００　制御装置
１１０　回転数センサ

Claims (5)

1. 内燃エンジン（５０）の燃焼作動室（５３）に燃料を直接噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁（２０）と、燃料タンク（１２）内の燃料を燃料吸入通路（１５）を介して吸入するとともに熱料供給通路（３５）を介して前記燃料噴射弁（２０）に吐出供給せしめるべく前記内燃エンジン（５０）により駆動される高圧燃料ポンプ（３０）と、前記燃料噴射弁（２０）からの余剰燃料を前記燃料タンク（１２）に戻す燃料戻し通路（１７）に介装された燃圧レギュレータ（４０）と、を備えた直噴式内燃エンジン用燃料供給装置（１０）であって、
   前記燃圧レギュレータ（４０）より下流側の前記燃料戻し通路（１７）、もしくは、前記燃料吸入通路（１５）に、手動式燃料ポンプ（４５）を介装したことを特徴とする直噴式内燃エンジン用燃料供給装置。
2. 前記手動式燃料ポンプ（４５）は、前記内燃エンジン（５０）の始動前に、前記燃料タンク（１２）から前記燃圧レギュレータ（４０）に至る通路部位（１５、３０、３５、２０、１７、４０）に燃料を充填させるものであることを特徴とする請求項１に記載の直噴式内燃エンジン用燃料供給装置。
3. 前記燃圧レギュレータ（４０）は、前記燃料噴射弁（２０）から噴射される燃料の圧力を調整するものであり、燃料の調圧を解除するための手動解除部材（４２）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直噴式内燃エンジン用燃料供給装置。
4. 前記直噴式内燃エンジン用燃料供給装置は、前記燃料噴射弁（２０）による燃料噴射量を制御するための制御装置（１００）を備え、該制御装置（１００）は、回転数センサ（１１０）により検出されたエンジン回転数に基づいて、前記内燃エンジン（５０）が始動中であるとき、前記燃料噴射量を最大値もしくはその近傍値とする制御を行うようにされていることを特徴とする請求項１〜３のいづれか一項に記載の直噴式内燃エンジン用燃料供給装置。
5. 前記内燃エンジン（５０）は、携帯型作業機等の動力源として用いられることを特徴とする請求項１〜４のいづれか一項に記載の直噴式内燃エンジン用燃料供給装置。

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